광합성 측정기

3. 광합성 시스템의 유형

광합성 시스템에는 '개방형'과 '폐쇄형'의 두 가지 유형이 있다.^[2] 이는 측정 중 잎을 둘러싼 챔버의 대기 갱신 여부에 따라 구분된다.^[2][3]

개방형 시스템은 잎 챔버 내 이산화 탄소 농도를 일정하게 유지하기 위해 공기를 지속적으로 통과시키는 반면, 폐쇄형 시스템은 동일한 대기를 일정 기간 측정하여 변화율을 확인한다.

3. 1. 개방형 시스템

3. 2. 폐쇄형 시스템

4. 광합성 속도 및 관련 매개변수 계산

광합성 측정기는 광합성 속도 및 관련 매개변수를 계산하는 데 사용된다.

광합성 속도는 잎이 이산화 탄소(CO₂)를 흡수하는 속도를 측정하여 결정된다.^[5] CO₂ 변화는 잎 챔버로 들어오는 CO₂ 농도(μmol mol⁻¹ CO₂)에서 잎 챔버에서 나가는 CO₂ 농도(μmol/mol)를 빼서 계산한다.

물의 증기압 변화는 잎 챔버 밖의 수증기압(mbar)에서 잎 챔버 안의 수증기압(mbar)을 빼서 계산한다. 증산 속도는 수증기 농도 차이(mbar)에 잎 면적 1제곱미터당 챔버로 유입되는 공기 흐름(mol s⁻¹ m⁻²)을 곱한 값을 대기압(mBar)으로 나누어 계산한다.

4. 1. 개방형 시스템에서의 계산

4. 2. 폐쇄형 시스템에서의 계산

5. 광합성 시스템의 활용

광합성, 증산 작용, 기공 전도도는 식물 생리학의 필수적인 부분이기 때문에, 이러한 변수들에 대한 측정값은 식물 생물학의 여러 측면을 연구하는 데 사용될 수 있다. 식물 과학계는 일반적으로 광합성 시스템을 신뢰할 수 있고 정확한 연구 도구로 인정하고 있으며, 광합성 시스템을 사용한 과학 저널의 피어 리뷰 기사가 많이 발표되었다.

광합성 시스템은 식물 생리학의 다양한 연구 분야에 활용되고 있다.

5. 1. 연구 분야

• 테크니온 - 이스라엘 공과대학과 다수의 미국 연구 기관들은 가뭄과 열 스트레스가 ''애기장대''에 미치는 복합적인 영향을 연구했다. 연구 결과, 열과 가뭄 스트레스가 함께 작용하면 설탕이 주요 삼투압 보호제로 기능한다.^[7]
• 말레이시아 푸트라 대학교와 에든버러 대학교의 식물 생리학자들은 두 활엽수 종의 생리적 특성에 나무 나이와 크기가 미치는 영향을 연구했다. 잎 질량 단위당 광합성 속도는 광합성 시스템을 사용하여 측정되었다.^[8]
• 캘리포니아 대학교 버클리 연구원들은 ''세쿼이아 셈페르비렌스'' 잎의 수분 손실이 미국 서부 지역의 짙은 안개로 인해 완화됨을 발견했다. 안개는 잎의 수분 유지를 돕고, 나무가 성장기에 더 많은 탄소를 고정하도록 돕는다.^[9]
• 인도 가르왈 대학교 연구팀은 멸종 위기 약용 식물의 광합성 행동에 대한 CO₂ 농축 영향을 연구했다. 광합성 속도(A)는 처음 30일 동안 증가했다가 이후 감소했다. 증산 작용 속도(E)는 CO₂ 농축 동안 감소했고, 기공 전도도(gs)는 초기에 감소했다. 결론적으로, 이 식물의 약용으로 중요한 부분은 성장 증가를 보였다.^[10]
• 포르투갈 트라스 오스 몬테스 알투 도우루 대학교 연구원들은 포도나무를 야외와 CO₂ 농도를 높인 개방형 챔버에서 재배했다. 광합성 시스템으로 CO₂ 동화 속도(A), 기공 전도도(gs), 증산 작용 속도(E), 내부 CO₂ 농도/주변 CO₂ 비율(Ci/Ca)을 측정했다. 챔버 내 환경 조건은 수확량을 감소시켰다.^[11]
• 불가리아 과학 아카데미와 이탈리아 국립 연구소(Consiglio Nazionale delle Ricerche) 연구원들은 포플러(''Populas nigra'')를 이용한 니켈 생물 정화 연구에서 Ni 유발 스트레스가 광합성 속도를 감소시키고, 이 영향은 잎의 Ni 함량에 따라 달라짐을 발견했다. 성숙한 잎에서 Ni 스트레스는 시스-β-오시멘 방출을 유발했고, 발달 중인 잎에서는 이소프렌 방출이 증가했다.^[12]
• 베이징 식물 생리학자들은 금속 축적 식물과 비축적 식물의 광합성 속도, 증산 작용 속도, 기공 전도도를 측정했다. 묘목은 200 또는 400 μM CdCl₂ 존재 하에 재배되었다. 이는 카드뮴 스트레스에 대한 금속 축적 식물과 비축적 식물의 적응 반응에서 항산화 효소의 역할을 설명하는 데 사용되었다.^[13]
• 중국 우한 식물 유전자 연구 국가 센터 및 화중 농업 대학교 연구원들은 벼 품종의 가뭄 저항성과 염분 내성을 연구하여 형질 전환 벼 품종이 재래 벼 품종보다 가뭄 저항성이 큼을 발견했다. 스트레스 반응 유전자 SNAC1 과발현은 물 손실 감소를 유발했지만 광합성 속도에는 큰 변화가 없었다.^[14]
• 캐나다 연구팀은 가뭄 내성이 다른 9개 포플러 클론에서 가뭄에 대한 기공 전도도(gs)와 순 광합성(A)의 동적 반응을 조사했다. gs와 A는 광합성 시스템으로 측정되었다. 식물은 물을 충분히 공급받거나 가뭄에 미리 적응했다.^[15]
• 인도 바나라스 힌두 대학교 연구원들은 농업에서 하수 슬러지를 대체 처리 기술로 사용할 가능성을 조사했다. 벼 재배 농경지에 다양한 비율로 하수 슬러지를 첨가했다. 하수 첨가의 생화학적, 생리적 반응을 조사하기 위해 벼의 광합성 속도와 기공 전도도를 측정했다.^[16]
• 영국 랭커스터 대학교, 리버풀 대학교, 에식스 대학교 연구원들은 기름 야자 나무에서 이소프렌 방출 속도를 측정했다. 샘플은 PAR과 잎 온도를 조절하는 광합성 시스템을 사용하여 수집했다(1000 μmol m⁻² s⁻¹; 30°C). PAR과 온도가 생물권에서 이소프렌 방출의 주요 조절 요인이라고 생각했다. 이 연구는 기름 야자 나무의 이소프렌 방출이 강력한 일주기 조절을 받는다는 것을 보여주었다.^[17]
• 에티오피아 야생 커피 개체군의 생태 생리학적 다양성과 육종 가능성은 독일 본 라인 프리드리히 빌헬름 대학교 제출 논문으로 평가되었다. 다양한 기후 조건에 서식하는 개체군에 대한 현장 및 정원 연구를 수행했다. 식물 생태 생리학적 행동은 광합성 시스템을 이용한 가스 교환을 포함한 여러 매개변수를 통해 평가되었다.^[18]
• 영국 케임브리지 대학교, 호주 연구 위원회 우수 센터 및 호주 국립 대학교 연구원 간 협력 프로젝트는 ''칼란코에 다이그레몬티아나''를 이용하여 크라술라세아산 대사 작용에 대한 탄소 동위 원소 차별을 설명하는 모델 검증을 가져왔다.^[19]
• 광합성 측정기는 식물 스트레스 측정의 표준으로도 사용될 수 있다. 냉 스트레스, 물 스트레스와 같이 측정하기 어려운 식물 스트레스는 이러한 기기를 사용하여 측정할 수 있다.

5. 2. 기타 응용

참조

_[1] 웹사이트 Archived copy http://xa.yimg.com/k[...] 2011-02-22
_[2] 논문 Measurement of leaf and canopy photosynthetic CO2exchange in the field
_[3] 논문 Atmospheric CO2 concentration does not directly affect leaf respiration in bean or poplar
_[4] 논문 A method for measuring whole plant photosynthesis in Arabidopsis thaliana
_[5] 웹사이트 Field Photosynthesis Measurement Systems http://weather.nmsu.[...] New Mexico State University
_[6] 논문 A new infra-red gas analyser and portable photosynthesis meter
_[7] 논문 When Defense Pathways Collide. The Response of Arabidopsis to a Combination of Drought and Heat Stress
_[8] 논문 Age- and size-related changes in physiological characteristics and chemical composition of Acer pseudoplatanus and Fraxinus excelsior trees
_[9] 논문 The contribution of fog to the water relations of Sequoia sempervirens (D. Don): foliar uptake and prevention of dehydration
_[10] 논문 Effect of CO2 Enrichment on Photosynthetic Behavior of Podophyllum hexandrum Royle, an Endangered Medicinal Herb. http://www.americans[...] 2011-02-22
_[11] 논문 Effects of Open-Top Chambers on physiological and yield attributes of field grown grapevines
_[12] 논문 Changes in photosynthesis, mesophyll conductance to CO2, and isoprenoid emissions in Populus nigra plants exposed to excess nickel
_[13] 논문 Antioxidative response of metal-accumulator and non-accumulator plants under cadmium stress
_[14] 논문 Overexpressing a NAM, ATAF, and CUC (NAC) transcription factor enhances drought resistance and salt tolerance in rice
_[15] 논문 Leaf gas exchange and water potential responses to drought in nine poplar (Populus spp.) clones with contrasting drought tolerance
_[16] 논문 Biochemical and Physiological Responses of Rice (Oryza sativa L.) Grown on Different Sewage Sludge Amendments Rates
_[17] 논문 Circadian control of isoprene emissions from oil palm (Elaeis guineensis) http://eprints.lancs[...]
_[18] 웹사이트 Ecophysiological diversity of wild Coffea arabica populations in Ecophysiological diversity of wild Coffea arabica populations in http://deposit.ddb.d[...] 2011-02-22
_[19] 논문 Discrimination in the Dark. Resolving the Interplay between Metabolic and Physical Constraints to Phosphoenolpyruvate Carboxylase Activity during the Crassulacean Acid Metabolism Cycle